>
Оптимальна робоча частота визначається за такою емпіричною формулою
.
Для зменшення втрат на випромінювання і поліпшення характеристик приемопередающего тракту робоча частота прийнята рівною.
Кутова частота
.
Довжина випромінюваної хвилі
.
Хвильове число
.
Площа випромінюючої поверхні
.
П'єзоелектричний перетворювач виконаний з п'єзокераміки марки ЦТС - 10, деякі фізичні властивості якої наведено в таблиці 1.
Таблиця 2.1-Властивості п'єзокераміки ЦТС - 10.
Щільність 7200Скорость звуку 3220Модуль Юнга 70Пьезомодуль 0,316Діелектріческая проникність 2300Тангенс кута діелектричних втрат 0,012
2.3 Розрахунок розмірів перетворювача
Активний елемент проектованого гідроакустичного п'єзоелектричного перетворювача має форму полого кругового циліндра (кільця). Робота випромінювача заснована на поздовжньому п'єзоефекті. Поляризующее електричне поле створюється двома електродами, розташованими на торцевих поверхнях випромінювача. Конструкція активного елементу приведено малюнку 1.
Для аналізу характеристик гідроакустичних перетворювачів використовуються еквівалентні схеми, що відображають процес перетворення енергії з електричної в механічну, що відбувається в перетворювачі при його роботі.
Малюнок 2.1 Активний елемент перетворювача.
Еквівалентна схема перетворювача, що працює в режимі випромінювання, наведена на малюнку 2. У даному випадку ключ замкнутий. Ця схема включає в себе входи для підключення генератора збудження, електричний ланцюг - паралельне з'єднання і, електромеханічний трансформатор з коефіцієнтом передачі і механічну ланцюг,,,. Величини, і відображають втрати енергії в електричному ланцюзі, механічної частини (головним чином в елементах конструкції) і на випромінювання відповідно. Складові і це інерційне і пружне опору перетворювача, - інерційне опір соколеблющегося маси.
Еквівалентна схема, наведена на малюнку 2, може бути використана також для аналізу характеристик перетворювача, що працює в режимі прийому. В даному випадку ключ розімкнутий. Таким чином до складу схеми вводиться джерело енергії звукового поля з ЕРС.
Розміри випромінювача розраховуються з умови виникнення в ньому резонансу при впливі механічних коливань, обумовлених поздовжнім п'єзоефектом.
Довжина випромінювача
.
Малюнок 2.2 - Еквівалентна схема перетворювача.
Середній радіус випромінювача
.
Зовнішній радіус кільця прийнятий рівним.
Товщина кільця
.
Зовнішній діаметр кільця
.
Внутрішній радіус випромінювача
.
Відстань між електродами перетворювача.
Площа поперечного перерізу випромінювача
.
Таким чином, площа перетину випромінювача менше необхідної площі поверхні випромінювання антени, тому на один торець випромінювача необхідно встановити накладку.
.4 Розрахунок накладки
Накладка являє собою тонкий суцільний диск, вісь якого збігається з віссю п'єзоелектричного випромінювача. Матеріал накладки - сталь 35 з щільністю.
Діаметр накладки
.
Товщина накладки прийнята рівною.
Маса накладки
.
Еквівалентна маса перетворювача
.5 Розрахунок характеристик антени
Коефіцієнт електромеханічної трансформації
.
Опір випромінювання
.
Розрахунок тривалості зондуючого імпульсу
.
Питома акустична потужність антени вибирається таким чином, щоб запобігти виникненню кавітації. У такому випадку питома акустична потужність.
Допустиме механічне напруження для п'єзокераміки.
знакопеременность механічне напруження у випромінювачі
.
Таким чином, виникають при коливаннях механічні напруги не перевищують допустимих значень.
Акустична потужність антени
.
Значення акустико-механічного ККД антени прийнято рівним.
Механічний опір випромінювача на частоті резонансу
.
Опір механічних втрат
.
Еквівалентна маса перетворювача
.
Декремент загасання перетворювача
.Полоса пропускання анте...
